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《排灌機械工程學報》2014年第五期

1觀測項目與方法

1.1土壤含水率在棉花生育期內(nèi)每隔3～7d用CPN－503中子土壤水分儀（美國）結合烘干法觀測土壤含水率變化，灌水和降雨前后加測．根據(jù)新疆滴灌棉花栽培模式以及滴灌帶鋪設位置，每個處理選膜下寬行中央、膜下窄行中央（即滴灌帶正下方）以及膜外裸地（距滴灌帶垂直距離為40cm）3個取樣點，由于滴灌棉田土壤水分并非一維分布，利用文獻［8］的方法計算觀測點處平均土壤含水率．

1.2棉花株高從棉花4葉期開始每隔7～10d用精度1mm的直尺定點觀測棉花的株高（每處理連續(xù)選10株具有代表性的植株掛牌，內(nèi)外行各5株），并記錄生育階段歷時．

1.3田間測產(chǎn)與耗水量計算根據(jù)棉花吐絮程度，于9月19日、9月29日和10月17日對各小區(qū)進行分批采摘，晾干后用精度1g的電子天平稱重，籽棉產(chǎn)量以實收產(chǎn)量測算，折合為每公頃產(chǎn)量．根據(jù)水量平衡方程，各處理耗水量式中：ET為棉花耗水量，mm；P0為有效降水量，mm；K為地下水補給量，mm；M為灌水量，mm；D為深層滲漏量，mm；Wt和W0分別為時段末和時段初的土壤儲水量，mm．由于試驗區(qū)地下水埋深大于10m，取K＝0，文獻［4］發(fā)現(xiàn)，當灌水定額小于45mm時不會出現(xiàn)深層滲漏現(xiàn)象，取D＝0．式（1）可以簡化為

1.4棉纖維品質(zhì)收獲后各處理分批選樣，送農(nóng)業(yè)部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗測試中心采取HVICC（highvolumeinstrumentcalibrationcotton）標準測定棉纖維長度、整齊度指數(shù)、馬克隆值、伸長率、斷裂比強度等品質(zhì)指標．

2結果與分析

2.1不同處理對棉花株高的影響大田試驗結果如圖2所示，圖中h為株高，t為播后天數(shù)．由圖2可知，相同滴灌模式下，蕾期（播種后第49－68d）水分脅迫花鈴期（播種后第69－119d）恢復供水處理（SDI－1，SDI－2，SDI－3和SSDI－1，SSDI－2，SSDI－3），棉花株高隨著棉田灌水控制下限的降低而降低，花鈴期正常供水后，各處理株高生長表現(xiàn)出不同程度的虧水補償效應；花鈴期水分脅迫處理（SDI－5，SDI－6和SSDI－5，SSDI－6）的棉花株高均小于對照處理（SDI－8和SSDI－8）．相同水分處理，蕾期調(diào)查（播種后第52，62d）結果表明，膜下滴灌棉花株高普遍高于地下滴灌，但蕾期最后一次（播種后第68d）和花鈴期2次（播種后第75，82d）調(diào)查結果均表明，地下滴灌棉花株高已接近或略高于膜下滴灌處理．說明地下滴灌在棉花苗期和蕾期可抑制棉花株高生長，有利于蹲苗．

2.2不同處理對棉花耗水量的影響從表2可以看到，相同滴灌模式下，棉花生育期內(nèi)的耗水強度WCI均呈由小到大再變小的趨勢，花鈴期是棉花耗水高峰期，耗水量占到全生育期耗水量的50％左右；相同滴灌模式下，蕾期棉花耗水量隨灌水控制下限的降低而降低，花鈴期水分脅迫處理棉花耗水量普遍低于對照處理，處理SDI－2和SSDI－2花鈴期耗水量與對照處理相當；與對照處理（SDI－8和SSDI－8）相比，蕾期水分脅迫處理（SDI－1，SDI－2，SDI－3，SDI－7和SSDI－1，SSDI－2，SSDI－3，SSDI－7）全生育期耗水量降低較小，甚至略高于對照處理，而花鈴期水分脅迫處理（SDI－5，SDI－6和SSDI－5，SSDI－6）全生育期耗水量比對照處理小很多，處理SDI－2和SSDI－2全生育期耗水略高于對照處理．相同灌水處理，膜下滴灌棉花苗期、花鈴期、吐絮期以及全生育期的耗水量均低于地下滴灌棉花；除SDI－1和SDI－5處理外，膜下滴灌棉花蕾期耗水量也均低于地下滴灌棉花．

2.3不同處理對產(chǎn)量和WUE的影響

2.3.1不同處理對棉花產(chǎn)量的影響圖3的試驗結果表明，膜下滴灌棉花從開始吐絮（9月4日進入吐絮期）到第1次采摘（9月19日）期間，棉鈴的日平均吐絮速率為12299～20856kg／（hm2•d）；第1次采摘到第2次采摘（9月29日）期間棉鈴的日平均吐絮速率為6330～18635kg／（hm2•d）；第2次采摘到最后1次采摘（10月17日）期間棉鈴的日平均吐絮速率為1160～3957kg／（hm2•d）；地下滴灌棉花吐絮過程與膜下滴灌棉花相同均呈現(xiàn)由快到慢的過程，霜前花的產(chǎn)量遠高于霜后花的產(chǎn)量．同一滴灌模式下，與對照處理相比，蕾期水分脅迫會不同程度提高霜前花產(chǎn)量，當灌水下限下降到50％FC時，籽棉總產(chǎn)量降低了10％左右；花鈴期重度水分脅迫均會大幅降低霜前花產(chǎn)量和籽棉總產(chǎn)量，但適度水分脅迫處理（灌水控制下限為70％FC）可以提高霜前花產(chǎn)量和籽棉總產(chǎn)量．說明蕾期適度的水分脅迫（灌水控制下限為60％FC和70％FC）不但有利于霜前花產(chǎn)量的提高，而且有利于總產(chǎn)量的提高，但重度水分脅迫（灌水控制下限為50％FC）會導致籽棉總產(chǎn)量降低，不利于高產(chǎn)的獲得；花鈴期水分脅迫會導致棉花籽棉產(chǎn)量降低，籽棉產(chǎn)量隨虧水程度的加劇而降低．相同水分處理條件下，除蕾期重度水分脅迫處理（SSDI－1）外，地下滴灌棉花籽棉總產(chǎn)量均高于膜下滴灌棉花．

2.3.2不同處理對水分利用率的影響可利用式（3），（4）計算滴灌條件下不同水分處理的水分利用率（wateruseefficiency）和灌溉水利用率（irrigationwateruseefficiency）［9］，式中：WUE和IWUE分別表示水分利用率和灌溉水利用率，kg／m3；Y為棉花的籽棉產(chǎn)量，kg／hm2；ETa為棉花全生育期的實際耗水量，m3／hm2；I為滴灌棉花全生育期灌水量，即灌溉定額，m3／hm2．不同處理對水分利用率的影響如圖4所示．圖中結果表明，相同滴灌模式下，蕾期適度水分脅迫均能提高WUE和IWUE，花鈴期水分脅迫會不同程度的降低WUE和IWUE；與全生育期充分供水處理相比，蕾期適度水分脅迫花鈴期正常供水處理在獲得較高產(chǎn)量的同時，提高了WUE和IWUE，蕾期正常供水花鈴期重度水分脅迫處理以犧牲經(jīng)濟產(chǎn)量為代價，雖然也得到了較高的WUE和IWUE，但棉花籽棉產(chǎn)量降低了8％～20％．相同水分處理條件下，除蕾期重度水分脅迫處理，地下滴灌棉花的籽棉產(chǎn)量和IWUE均略高于膜下滴灌棉花，而WUE基本相當．

2.4不同處理對棉花纖維品質(zhì)的影響從表3可以看到，相同滴灌模式下水分處理對棉花衣分lp的影響不明顯，對照處理（SDI－8和SSDI－8）的衣分值最小，處理SDI－1和SSDI－1的衣分值最大．與處理SDI－4相比，花鈴期正常供水蕾期水分脅迫處理（SDI－1，SDI－2，SDI－3）的棉花衣分值均有不同程度提高，但提高幅度十分有限；花鈴期水分脅迫也有相類似的結果．與處理SDI－4相比，處理SDI－1和SDI－3的棉纖維上半部平均長度lf分別減小了065，019mm，SDI－2增加了022mm；與處理SDI－7相比，處理SDI－5，SDI－6和SDI－2的棉纖維上半部平均長度分別減小了254，151，004mm；與處理SDI－8相比，處理SDI－4和SDI－7的棉纖維上半部平均長度基本相當，但SDI－4＜SDI－8＜SDI－7．說明，同一階段水分脅迫對棉纖維上半部平均長度的影響隨水分脅迫程度的加重而加劇．地下滴灌條件下水分處理對棉花纖維長度的影響與膜下滴灌相似．滴灌條件下水分處理對棉纖維整齊度和伸長率e的影響甚微．相同水分處理條件下，地下滴灌棉花棉纖維整齊度指數(shù)ui普遍略高于膜下滴灌棉花．棉纖維伸長率在不同滴灌模式和不同灌水處理之間的差異不大．各處理的棉纖維馬克隆值mv均為386～456，其中膜下滴灌試驗為386～453，地下滴灌試驗為391～456．與處理SDI－4相比，處理SDI－1的棉纖維馬克隆值降低了326％，處理SDI－2和SDI－3的棉纖維馬克隆值分別提高了548％和233％；與處理SDI－7相比，處理SDI－5和SDI－6的棉纖維馬克隆值分別降低了1394％和635％，處理SDI－2的棉纖維馬克隆值提高了089％．試驗結果表明蕾期中輕度水分脅迫以及花鈴期輕度脅迫均不會導致棉纖維馬克隆值的大幅度降低．與處理SSDI－4相比，處理SSDI－1，SSDI－2，SSDI－3的棉纖維斷裂比強度σ分別提高了055％，657％，255％；與處理SSDI－7相比，SSDI－5和SSDI－6的棉纖維斷裂比強度分別降低了872％，587％，處理SSDI－2的棉纖維斷裂比強度提高了391％；與SSDI－8相比，SSDI－4和SSDI－7的棉纖維斷裂比強度分別提高了092％，350％．說明蕾期水分脅迫有利于棉纖維斷裂比強度的提高，但提高幅度與水分脅迫程度并非線性相關，花鈴期適度水分脅迫有利于斷裂比強度的提高；蕾期適度水分脅迫、花鈴期充分供水有利于棉纖維斷裂比強度的提高．

3討論

近年來有關水分虧缺對新疆滴灌棉花生長和耗水量的影響已有不少報道［10－11］，但大多局限于固定灌水周期不同灌水定額，或全生育期同一灌水下限，而且僅限于同一灌水模式．文中分析結果表明，與對照處理相比，蕾期適度水分脅迫花鈴期恢復供水處理，在節(jié)約灌水資源的同時，由于作物的虧水補償效應，棉花株高不但沒有大幅降低反而有小幅增高，有利于棉花豐產(chǎn)架子的形成．文中分析了灌水模式和灌水控制下限對新疆滴灌棉花耗水量的影響，結果表明，滴灌棉田生育期耗水過程呈現(xiàn)出前期小、中期大、后期小；棉花全生育期耗水量在430～540mm，與王允喜等［4］和劉凈賢等［11］在石河子墾區(qū)的研究結果相類似．文中發(fā)現(xiàn)，相同水分處理條件下，地下滴灌棉花苗期、花鈴期、吐絮期和全生育期的耗水量分別比膜下滴灌棉花高8～10，11～20，7～9和22～41mm，這是因為地下滴灌條件下，灌溉水主要分布于毛管附近，地表0～10cm一直處于較低含水率，有利于棉花根系下扎［12］，充分利用了深層土壤水分．不同的灌水模式和水分處理會導致作物生長、光合同化產(chǎn)物積累和再分配的不同，進而影響到作物的產(chǎn)量和水分利用率．文中研究表明，與對照處理相比，蕾期適度水分脅迫花鈴期充分供水處理的籽棉產(chǎn)量不但沒有降低反而有所增加，同時提高了水分利用率特別是灌溉水利用率，與已有研究結果相類似．地下滴灌棉花（除灌水處理SSDI－1外）各處理的籽棉產(chǎn)量均高于膜下滴灌棉花，各處理的增產(chǎn)幅度為96～404kg／hm2；灌溉水利用率提高了08％～95％；而且地下滴灌在花鈴期的抗旱能力遠高于膜下滴灌．文中通過根鉆法調(diào)查不同滴灌模式下棉花根系生長發(fā)育過程發(fā)現(xiàn)，與膜下滴灌相比地下滴灌改變了灌溉水在棉花根區(qū)的分布，可以誘導棉花根系下扎，從而可以充分利用深層土壤水分，與已有研究成果相類似．

文中試驗研究發(fā)現(xiàn)，水分脅迫有利于棉花衣分的提高．這是因為，干旱可使不孕籽數(shù)增加、種子的數(shù)量和單粒質(zhì)量下降，從而相對提高棉花衣分值．棉纖維品質(zhì)是棉花生產(chǎn)管理中的重要目標性狀，評價棉纖維品質(zhì)的主要指標包括纖維長度、整齊度、細度、成熟度、比強度等，其中纖維長度、比強度、馬克隆值等指標最為關鍵［13］．棉纖維的品質(zhì)與馬克隆值的關系并非單調(diào)線性關系，普遍認為馬克隆值在37～42比較好．文中試驗研究發(fā)現(xiàn)，相同滴灌模式下，不同水分處理對棉纖維整齊度和伸長率均有不同程度的影響，但處理間差異較小；蕾期適度水分脅迫花鈴期恢復供水處理會不同程度提高棉纖維上半部平均長度；蕾期中輕度水分脅迫花鈴期正常供水以及蕾期正常供水花鈴期輕度脅迫處理均不會導致棉纖維馬克隆值的大幅度降低；蕾期適度水分脅迫、花鈴期充分供水有利于棉纖維斷裂比強度的提高．同時還發(fā)現(xiàn)，地下滴灌棉花的衣分值和纖維品質(zhì)普遍優(yōu)于膜下滴灌棉花，說明地下滴灌有利于棉花的優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)．

4結論

1）膜下滴灌棉花和地下滴灌棉花的耗水規(guī)律相一致，全生育耗水量分別為432～515mm（SDI）和471～540mm（SSDI），苗期、蕾期、花鈴期、吐絮期的耗水量分別占全生育期耗水量的20％～25％，13％～20％，42％～53％，9％～16％（SDI）和21％～25％，12％～18％，43％～53％，10％～16％（SSDI）．相同滴灌模式下，蕾期棉花耗水量隨灌水控制下限的提高而增加，花鈴期水分脅迫處理棉花耗水量普遍低于對照處理．相同灌水控制下限處理，地下滴灌棉花階段（除蕾期基本相當外）耗水量和全生育期耗水量均普遍高于膜下滴灌棉花．2）與對照處理相比，蕾期適度水分脅迫、花鈴期正常供水處理（SDI－2和SSDI－2），霜前花籽棉產(chǎn)量分別提高了2352％（SDI－2）和2429％（SSDI－2），籽棉總產(chǎn)量提高了1310％（SDI－2）和1328％（SSDI－2）；花鈴期水分脅迫，特別是重度水分脅迫（SDI－5和SSDI－5）對棉花產(chǎn)量造成不可彌補的負面影響．灌水下限相同處理地下滴灌棉花籽棉產(chǎn)量和灌溉水利用率均略高于膜下滴灌棉花，而水分利用率基本相當．3）灌水控制下限對棉花衣分、棉纖維整齊度的影響不明顯；同一階段水分脅迫對棉纖維上半部平均長度的影響隨水分脅迫程度的加重而加劇；過高或過低的土壤水分均不利于棉纖維馬克隆值的提高；蕾期水分脅迫有利于棉纖維斷裂比強度的提高，花鈴期水分脅迫不利于棉纖維斷裂比強度的提高．4）石河子地區(qū)滴灌棉花優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)水灌水指標為出苗水45mm、苗期和吐絮期不灌水、蕾期和花鈴期的滴灌棉花灌水控制下限分別為60％和75％田間持水率、灌水定額均為30mm．

作者：申孝軍張寄陽孫景生李明思王景雷劉浩單位：中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)田灌溉研究所農(nóng)業(yè)部作物需水與調(diào)控重點實驗室石河子大學水利建筑工程學院